時間:2022-02-26 00:22:44
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進行對比試驗,引發認知沖突。在物理實驗教學中,根據教學實際合理的安排對比試驗,可以引發學生的認知沖突,從而更加全面深入的了解相關物理知識。如在講解閉合電路歐姆定律這一章節的知識時,教師可以使用開關、新干電池、導線、小燈泡等實驗器材構成一個回路,然后閉合開關,此時小燈泡會發光。教師再用將新干電池換成舊干電池,其他器材保持原狀,在重新閉合新電路之前,教師可以提出相關問題,引起學生興趣和思考:與上次試驗相比,本次試驗小燈泡能否發亮?光亮程度如何?在學生給出答案之后,重新閉合電路,小燈泡幾部沒有發出亮光,這與大部分學生的答案都不一樣,于是便可以引發學生的認知沖突,激起學生的求知欲,進而自己動手投入實驗,探尋原因和結果。
二、優化自主實驗,提高學生積極性
除了演示實驗,在物理實驗教學中,學生自主實驗也是常用的教學手段。學生在自主實驗中可以親自操作,從而積累更加豐富的實踐經驗。在物理實驗教學中,自主實驗主要包括課外實驗和課堂實驗兩大類。自主實驗的結構類型呈現出多樣化特征,既有分組實驗,又有個體實驗,讓學生在增強自主學習和獨立思考意識的同時,也提高合作學習的能力。
1.增強課堂自主實驗
課堂自主實驗是目前物理實驗教學最常用的實驗模式,在課堂自主實驗中,學生是操作的主體,教師主要負責指導和評價。例如在進行用單擺測定重力加速度這一實驗時,教師可以安排學生進行分組實驗,并提出“單擺簡諧運動的條件是什么?如何運用單擺檢測重力加速度?”等問題。讓小組帶著這些問題選擇實驗器材,設計實驗方案,教師可以為學生提供擺線、米尺、小球、卡尺等器材,讓學生先自主研究卡尺和秒表的用法,然后教師再做正確的示范和講解。教師可以對學生的實驗細節加以指導和糾正,并組織各小組交流實驗結果和過程,最后要求學生獨立完成實驗報告。通過自主實驗不僅可以引導學生養成嚴謹的學術態度,還可以激發學生的創新思維,提高學生的實踐能力。
2.鼓勵學生進行課外實驗
數學是研究現實世界空間形式和數量關系的抽象科學。從數學的抽象到物理的具體,這是認識上的又一次飛躍。物理的一個任務就是要幫助他們完成認識上的這一次飛躍。例如討論氣體體積膨脹做功時要用到定積分概念,經過分析已得到體積膨脹dV所做的元功為PdV,學生也容易理解所有元功之和即為總功。但物理與數學脫節,沒有意識到這就是定積分。這時,筆者通過圖形幫助學生回憶起定積分的幾何意義,使學生很快領悟到有限過程的功由對PdV積分得到,P(V)曲線下的面積即為過程的功。通過課后對定積分進一步復習,并具體計算等壓、等溫等過程的功,學生感到數學幫助他們解決了物理問題,在物理中的應用又加深了對微積分概念的理解。二者相輔相成,相得益彰。
數學的框架往往揭示出物理問題的實質。推導理想氣體絕熱過程的泊松方程就是一個很好的例證。筆者首先用等溫、等容等過程啟發、引導。對服從狀態方程PV=nRT的理想氣體,一般情況下有兩個獨立參量,增加一個條件(例如等溫),剩一個,方程變成PV=c等形式。絕熱過程條件為dQ=0,也應該只剩一個獨立參量。與等溫、等壓、等容過程的不同之處在于P、V、T三者中任何一個都可以作為獨立參量,方程也就可以寫成f(P.V)=0等形式。如何由狀態方程和條件dQ=dE+PdV=0來推導呢?首先有dE=NCVdT,得到三個參量的方程組。
PV=nRT(1)
NCVdT+PdV=0
如何消去T,得到PV之間的關系?思維活躍的學生很快會提出先對式(1)微分,取得形式一致后消去T,再積分便是所求。稍差一點的學生一經啟發也不難明白。此后,式(1)的微分,以及消元、積分均由學生在課堂上自己閱讀完成,筆者只需在最后總結時對積分常數略加說明。由于抽象的數學框架使學生抓住了事情的實質,提高了他們看問題的高度,因此教學過程不僅順利,而且學生能觸類旁通,有的學生甚至感到了“輕松愉快”,是種享受。
理想化的方法是科學抽象的一種形式。理想氣體模型是普遍物理課中的典型實例。實際中的氣體,溫度較高、分子密度較小時,與分子間的平均距離相比,分子的體積很??;與碰撞相比,分子間的相互作用很校于是科學家在思維中進行極限轉化,將次要因素,即分子大小和相互作用完全忽略不計,抽象出服從PV=nRT的理想氣體模型。思維中的極限轉化使次要因素由有到無,事情發生質的變化,這種簡化問題的理想模型和理想實驗在物理學中彼彼皆是。通過理想氣體模型強調這一轉化,此后出現的其他模型(如準靜態過程),學生都覺得易于理解。
用方法論能很好地引導學生從理想向實際過渡。例如,當溫度降低或壓力增高時,實際氣體并不能很好地遵守上述狀態方程,二氧化碳即為一例。究其原因為條件變化,次要因素的作用會上升。范德瓦耳斯認為兩條假設,即忽略了次要的因素,是引起偏差的主要原因。針對忽略分子大小,實際分子運動的有效空間有所減少,體積項要修正.分子間的相互吸引相當于補充了一點“內壓力”,壓強項也有所改變。對模型的修正從忽略的次要因素入手使問題得以解決。教師如此引導,學生課后大都能夠順利地閱讀教材。后續課程中從理想氣體到真實氣體、理想溶液到真實溶液的化學勢的過渡,學生亦覺得自然。
這是由于教師所提出的問題,學生不可能照搬課本上的文字作為答案,這種提問方式能引起學生進行積極思維活動,能培養學生的學習興趣。那么,如何進行教學合理性提問呢?建議如下:
1、激疑性提問
孔子說過:“學起于思,思源于疑”,有疑才能有思,無思則不能釋疑。設疑、釋疑是人生追求。由于中學生缺乏思維的靈活性和敏捷性,教師若能在其似懂非懂、似通非通處及時提出問題,然后與學生共同釋疑,勢必收到事半功倍的效果。例如,在浮力教學中,為了使學生弄清浮力的大小與哪些因素有關,遵從什么規律,可以用學生熟悉的例子問學生:為什么木塊浮在水面上而鐵塊沉入水底?用鋼鐵制成的萬噸巨輪為什么可以浮在水面上?類似這樣的問題使學生的思維中出現了疑問,從而使他們產生了強烈的求知欲望。
2、探究性提問
這種提問能啟發學生思維的靈活性,也有利于培養學生思維的深刻性。例如,對于物理概念,不直接讓學生回答,而是讓學生應用概念分析解決一些實際問題,并圍繞重要的物理過程、理論與實際的關系,深究細追。向學生發問、追究的問題要經過周密、科學的設計。通過這樣的提問,就會把學生的認識逐步引向深化,并有利培養學生思維的靈活性。
3、發散性提問
發散思維是一種創造性思維,教師若能在授課時提出激發學生發散思維的問題,引導學生從正面和反面多途徑去思考,縱橫聯想所學知識,將提高學生思維能力和探索能力大有好處。這種提問難度較大,必須考慮學生知識的熟練程度。
例如,在講完一個例題后,啟發學生一題多解地提問,或題目引伸性提問,或逆著題意進行分析。這樣的提問很自然地把學生帶入積極思考,討論,探究等生機盎然的學習境界之中,對于培養學生的創造性思維和探索能力無疑是有益的。
4、鋪墊性提問
這是一種常用的提問方式,在講授新知識之前,教師要提問與本課有聯系的舊知識,為傳授新知識鋪平道路。教師應從教材內有規律出發,針對學生的實際,在知識聯系的“掛鉤點”設計好問題,使學生思維有明確的目的性,啟發學生運用自己的知識、智慧,戰勝一個個困難,取得有創見的成果,以達到順利完成教學任務的目的。
5、激趣性提問
富有趣味性的提問,往往能激發學生帶著濃厚的學習興趣,以愉悅的心情去積極思維,直至問題得到圓滿的解答。例如,在講熱傳導時,可以這樣設計問題:在裝水的試管底部放一條小魚,用酒精燈對試管上部的水加熱,當上部的水已沸騰了,下面的小魚為什么卻安然無恙?象這類“煮金魚”以及“紙鍋燒開水”等生動有趣的提問,會使學生的注意力高度集中,從而在主動,輕松的心態中進入探求新知識的境界。
這是由于教師所提出的問題,學生不可能照搬課本上的文字作為答案,這種提問方式能引起學生進行積極思維活動,能培養學生的學習興趣。那么,如何進行教學合理性提問呢?建議如下:
1、激疑性提問
孔子說過:“學起于思,思源于疑”,有疑才能有思,無思則不能釋疑。設疑、釋疑是人生追求。由于中學生缺乏思維的靈活性和敏捷性,教師若能在其似懂非懂、似通非通處及時提出問題,然后與學生共同釋疑,勢必收到事半功倍的效果。例如,在浮力教學中,為了使學生弄清浮力的大小與哪些因素有關,遵從什么規律,可以用學生熟悉的例子問學生:為什么木塊浮在水面上而鐵塊沉入水底?用鋼鐵制成的萬噸巨輪為什么可以浮在水面上?類似這樣的問題使學生的思維中出現了疑問,從而使他們產生了強烈的求知欲望。
2、探究性提問
這種提問能啟發學生思維的靈活性,也有利于培養學生思維的深刻性。例如,對于物理概念,不直接讓學生回答,而是讓學生應用概念分析解決一些實際問題,并圍繞重要的物理過程、理論與實際的關系,深究細追。向學生發問、追究的問題要經過周密、科學的設計。通過這樣的提問,就會把學生的認識逐步引向深化,并有利培養學生思維的靈活性。
3、發散性提問
發散思維是一種創造性思維,教師若能在授課時提出激發學生發散思維的問題,引導學生從正面和反面多途徑去思考,縱橫聯想所學知識,將提高學生思維能力和探索能力大有好處。這種提問難度較大,必須考慮學生知識的熟練程度。
例如,在講完一個例題后,啟發學生一題多解地提問,或題目引伸性提問,或逆著題意進行分析。這樣的提問很自然地把學生帶入積極思考,討論,探究等生機盎然的學習境界之中,對于培養學生的創造性思維和探索能力無疑是有益的。
4、鋪墊性提問
這是一種常用的提問方式,在講授新知識之前,教師要提問與本課有聯系的舊知識,為傳授新知識鋪平道路。教師應從教材內有規律出發,針對學生的實際,在知識聯系的“掛鉤點”設計好問題,使學生思維有明確的目的性,啟發學生運用自己的知識、智慧,戰勝一個個困難,取得有創見的成果,以達到順利完成教學任務的目的。
5、激趣性提問
富有趣味性的提問,往往能激發學生帶著濃厚的學習興趣,以愉悅的心情去積極思維,直至問題得到圓滿的解答。例如,在講熱傳導時,可以這樣設計問題:在裝水的試管底部放一條小魚,用酒精燈對試管上部的水加熱,當上部的水已沸騰了,下面的小魚為什么卻安然無恙?象這類“煮金魚”以及“紙鍋燒開水”等生動有趣的提問,會使學生的注意力高度集中,從而在主動,輕松的心態中進入探求新知識的境界。
物理知識是比較抽象和理性的,學生的思維往往難以介入。物理學故事就不同了,它是感性的,容易激起學生的興趣。如有關“兩個鐵球是否同時落地”的命題,如果展開一點,把伽利略對亞里士多德的懷疑,伽利略的思考論證方法,伽利略通過實驗證實兩個鐵球同時落地這些史實像講故事一樣講給學生聽,就能夠起到激發學生學習的作用。
二、梳理知識體系
沿著物理學發展歷程對物理知識進行梳理,是對物理知識進行體系化的一條捷徑。因為物理發現的歷程,常常是根據人們的認知規律發展的,是人們的認知規律在時間尺度的折射。認知的發展歷程一般是從感性到理性,從直覺到實驗再到思想實驗,從定性分析到定量分析,物理學的發展同樣如此。對物理知識根據物理學史的發展進行梳理,不僅有助于學生了解各種概念、定理、定律的來龍去脈和發展過程,而且有助于根據學生認知規律來對物理知識進行系統化,同時讓學生認識到科學動態生成的歷史過程。
三、培育科學精神
1.細致觀察的習慣
歷史上的許多科學家,都善于通過不為人所注意的平?,F象,細心地觀察與思考,這些事例對學生是很好的激勵。
2.懷疑和批判的精神
物理學的發展過程是一個不斷和修正前人的認識,建立新認識的循環過程。這就要求物理學的探究者敢于挑戰權威,在科學事實基礎上提出新觀點、新理論。例如,亞里士多德從人們的日常經驗出發得出了一個結論:力是維持物體運動的原因,此后兩千年時間里被奉為真理,而正是由于伽利略具有懷疑和批判的精神,才用理想斜面實驗了亞里士多德的觀點,提出物體運動時并不需要外力來維持。
3.嚴謹求實的品質
科學不能有半點虛假,在科學問題上采取隨意甚至欺騙的態度,其后果往往是極其嚴重的。例如,歐洲粒子物理實驗室宣布,他們測量到了運動速度超過光速的亞原子粒子。這一消息曾令全球為之震撼,因為這可能會導致愛因斯坦的相對論被。然而事實是,他們在設計實驗裝置時的一個小失誤導致了這一事件。物理學史中的這類事件也有很多,在教學中適當引述,有助于培育學生嚴謹求實的學習作風。
4.百折不撓的毅力
要從事實表象直達物理本質,單靠興趣和靈性是不夠的,必須有百折不撓的毅力,能夠始終如一的堅持,才能有所發現。愛迪生研究燈絲,實驗了幾千種材料;俄羅斯諾貝爾物理學獎得主康斯坦丁·諾沃肖洛為得到石墨烯,用鉛筆和不干膠撕了一萬多次。物理學史中,這樣的事例很多,對培育學生科學研究工作的毅力起到很好的作用。
四、訓練思維和研究方法
如前所述,物理發現的歷程,常常是根據人們的認知規律發展的,是人們的認知規律在時間尺度的折射。這就決定了科學探究過程與學生的認知過程的相似性。物理學家在發現、建立、檢驗、運用和發展物理規律過程中所采用和總結的思維和研究方法,也應該成為學生學習物理知識的思維和研究方法,惟其如此,才能使學生學會正確思維和研究方法。例如,觀察—提出假說—邏輯論證—實驗檢驗—修正推廣,這是科學研究的普遍過程,物理學史中的許多事例都證明了這一點。我們就應訓練學生以此為基本研究方法。再如,科學研究中使用類比、歸納、演繹的思維方法,在物理學史中都有描述,應提示學生,對學生進行有意識的訓練。
當前的教學中,往往把結論直接呈現給學生,卻隱去了曲折復雜的思維過程,這實際上是一種買櫝還珠的行為,因為學生對思維和研究方法的掌握的重要性遠遠超過掌握知識。物理教師要通過物理學史的滲透,讓學生理解科學的思維和研究方式,在教學中要有意識地使學生經歷科學探究的過程。
中學物理實驗一般分為操作實驗和演示實驗,操作實驗在教師指導下開展,有利于培養學生能力,而演示實驗基本是由教師操作,學生觀察現象,獲得感官信息的教學過程。演示實驗往往由于學生參與程度不高,獲取知識感性,有時候難以達到滿意的教學效果。因此,在物理教學改革中,立足于學生操作能力培養的目標,改變原來教師操作、學生觀察的實驗模式,是提高物理教學質量的重要手段之一。要想實現這些目的,就要設法調動學生的參與意識、學習興趣,引導學生主動參與到實驗中來,要鼓勵學生親自動手,通過習得來獲取知識、培養能力。如教授溶解和熔化的概念,就可以鼓勵學生親自動手,首先把氯化鈉放入盛水的試管里面,用酒精燈加熱后,引導學生仔細觀察物理變化,理解物理現象。然后把海波放入試管中加熱,觀察出現的物理變化,學生很容易感性理解溶解和熔化兩個物理現象的區別。關鍵就在于,學生親自試驗獲得的認識與教師演示得到的知識二者效果大大不同,正如古詩所言:紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行。不難看出,親自動手試驗獲得知識的同時,還鍛煉了學生的操作能力,是一舉兩得的好事。
二、重視合作探究,提高活動教學效果
合作意識和團隊精神培養是學生素質培養的重要方面,往往能激發出學生團體集思廣益,創造出更好的成績,也有利于學生更好地融入社會。正所謂“同心山成玉,協力土變金”。在物理實驗教學中,通過科學分組開展探究,用合作促學習是提高育人質量、提升教學效果的好辦法。教師首先要科學合理地把學生分成若干個探究小組,注意不同程度、不同性格學生之間的搭配,以確保小組能夠按實驗要求積極認真地開展工作,其次要培養學生創造思維和操作技能,必須引領學生實際參與實驗活動,注重學生參與探究的過程體驗,最終利用小組間良好的探究合作氛圍來獲得物理知識。如在講授阿基米德定律的影響因素時,由于涉及到液體密度、物體密度、排開液體體積、物體體積、物體現狀、物體沒入深度等若干影響因素,可以給不同小組分配一個或兩個任務來完成,通過實驗獲得結論,最后把所有小組結果匯總起來,從而通過每個小組分配不同任務協作完成一個實驗,既讓學生掌握了必要的物理知識,又充分發揮了小組合作學習的功效。
三、培養創造思維,重視課外實驗活動
為什么會導致教師教學反思效果的缺失,筆者認為根本原因主要有如下兩個.
1.缺乏對教材細致地分析教學不可缺失教材,很多教師對“教科書”的認識不到位,僅僅關注中考要考查的知識,思考如何應試,缺乏對“教科書”系統地分析,錯誤地將“分析教材”與“閱讀教材”等同.筆者認為,分析教材必須從教學內容和目標出發,認真分析教材中各個章節的知識點分布情況,教材如何呈現這些知識點,這些知識點的價值是否與最新的技術相聯系,是否適合當前學生的發展需求,是否有更好的材料或操作作為教材的補充,學生學習這部分內容時是否需要補充新的知識等等.
2.教師對學生的分析不到位學生是教學的主體,應該是我們反思的重點、教材處理的中心,有效的教學必須考慮并落實學生的需要,必須以學生為中心.(1)以學生為中心,包含兩層意思,一以學生的學習為中心,二以學生的發展為中心.(2)以學生為中心,需要對學生的學情進行認真分析,尊重知識的類別和學生的學習特點.事實上,初中物理老師通常不是班主任,一個人要教2~3個班,對學生的了解難以做到充分,在沒有充分了解學生的前提下實施教學,教學策略自然難以做到適應不同學生的需要.另一方面,每個學生都有不同的基礎,因此對于同一個教學內容,為了滿足所有學生學習的需要,學習策略和情境設置上必須多樣化,盡可能多地給每個學生都有嘗試機會,切實提升學生的學習效果.當前的教學環境不佳,即使采用活動單導學,也需要反思學生學習的收獲,而實際上,當前教師難從教學內容和教學策略的多元化角度開發教學的資源.筆者認為分析學生不能僅僅看學生的學習成績,必須將教材內容與學生的學習需要有機結合,真正實現“以學論教”、“以學定教”的目標.
二、促進初中物理教學效果提升的策略
1.抓預學良好的課前預習,能提高學生的課堂效率.活動單在課前預習中發揮著不可忽視的作用,學生完成活動單的同時,也就從整體上了解了相關的教學知識,教學的重點、難點等;新課之前事先進行課前預習成果的提問反饋,也會督促學生進行預習.
2.抓課堂活動高效的課堂教學,能提升學生的學習能力.初中物理課堂的教學,總存在許多的困惑與疑問,學生在物理課堂上總是疑問重重,如何使初中物理課堂變得和諧輕松愉快?除了我們的課堂教學流程的設計要環環相扣,更重要的是要盡量多的發揮學生的主體作用,努力實踐學生在活動中自主學習,課堂上盡量讓學生自主分析問題.例如,習題課教學,應自主提煉題干中的已知條件及隱含信息,即找到解題的關鍵點,學生能自主分析并解決的問題.對已知條件及隱藏信息,教師要盡量放手給學生自我作答,盡量設計一些學生能夠自主學習研究能得出結論的問題,讓學生找到成就感,讓學生努力地做到樂學,易學,從而實現高效性課堂教學,提升學生的學習能力.
3.網絡化構建知識結構學習不是一蹴而就的過程,幫助學生構建知識網絡能強化學生的科學記憶,教師要盡量在知識總結階段讓學生自主總結所學的知識,從而建構知識網絡,強化學生的科學記憶.教師要盡量做到網絡化、結構化的教學,進而使知識系統、全面、完善.
4.及時地復習鞏固根據遺忘規律,學習是一個反復的過程,及時地復習鞏固能深化學生的理解運用.教師進行完新課的教學后,要及時布置相關作業,及時地進行知識的復習鞏固,為了加強學生的自主復習,教師要設計相關的作業評價,在作業的評價中進行等級細微的劃分,來深化學生對知識的理解運用,培養學生規范解題,相應地鼓勵性評價能進一步增強學生的自主學習.